第十二章 内能与热机（知识清单）物理新教材沪粤版九年级上册

该初中物理单元知识清单系统梳理了“内能与热机”单元内容，涵盖内能概念、热量与热值、物质的比热容、热机与社会发展四大知识范畴，为学生搭建了从基础概念辨析到实验探究设计再到综合计算应用的递进式学习架构。 清单采用“考点分级标注”和“实验方法提炼”呈现知识体系，如将“比热容的应用”标注为高频考点，“探究水的吸热规律”明确控制变量法与转换法，培养学生的物理观念和科学思维。特别设计“易错警示”模块和“核心公式表”，如区分“温度、热量、内能”的状态量与过程量，不同层次学生可高效掌握要点，教师能据此优化教学策略，提升课堂效率。

第十二章 内能与热机 第1节 内能 一、内能的概念（基础必考点） 1．分子的能量 （1）运动的分子具有______能； （2）相互吸引或排斥的分子具有______能。 （3）研究方法：______法（将分子能量与宏观物体的动能、势能类比）。 2．内能定义 物理学中，把物体内所有分子的______能与分子______能的总和叫做物体的内能。 （1）符号：常用 表示内能总量，单位：______（______）。 （2）一切物体，不论温度高低，都具有内能（0℃的冰也有内能）。 3．影响内能大小的因素 影响因素 规律 温度 同一物体，温度越高，分子无规则运动越剧烈，内能越大；温度越低，内能越小 质量 温度、状态、种类相同时，质量越大，分子总数越多，内能越大 物质种类 质量、温度相同的不同物质，内能一般不同 状态 同种物质、质量相同、温度相同时，气态内能＞液态＞固态 二、改变物体内能的两种方式（高频考点） 1．做功 （1）实质：内能与其他形式的能（主要是机械能）的相互转化。 （2）两种情况： ①对物体做功，物体内能______（______能转化为______能），如：搓手取暖、钻木取火、压缩空气使硝化棉燃烧、打气筒外壁发热、弯折铁丝发烫。 ②物体对外做功，自身内能______（______能转化为______能），如：水蒸气顶起壶盖、汽油机做功冲程。 2．热传递 （1）实质：内能的______（内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分）。 （2）发生条件：物体间存在______。 （3）三种方式： ①______：热通过直接接触传递，如金属勺放入热汤中烫手； ②______：通过液体、气体的流动传递，如烧水时水的循环升温、暖气供暖； ③______：热不依靠介质直接向外传递，如太阳向地球传递热量、烤火取暖。 3．等效性 做功和热传递在改变物体内能的效果上是______。若只看到物体温度升高，无法判断是通过哪种方式改变的内能。 易错警示： （1）温度高的物体内能不一定大（内能还与质量、状态有关，如一杯热水的内能可能小于一大缸温水）。 （2）物体内能增加，温度不一定升高（如晶体熔化、液体沸腾时，吸热内能增加，但温度不变）。 （3）物体内能增加，不一定是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功。 第2节 热量与热值 一、热量的概念（基础考点） 1．定义：物体在__________________内能改变的多少叫做热量，用符号 表示。 2．单位：焦耳（J），与内能单位一致。 3．规律：仅有热传递时，物体吸收热量，内能______；物体放出热量，内能______。 4．注意：热量是______量，只能说“吸收或放出热量”，不能说“物体含有或具有热量”。 5．物体吸放热的影响因素 实验证明：物体吸收或放出的热量，与物体的______、____________成正比，还与____________有关。 二、探究水的吸热规律（期中期末实验考点） 1．实验方法：控制变量法、转换法 转换法：用__________________表示水吸收热量的多少（相同热源，加热时间越长，吸收热量越______）。 2．实验结论：质量一定的同种物质，吸收的热量与升高的温度成______比；升高相同温度时，同种物质吸收的热量与质量成______比。 三、燃料的热值（高频计算考点） 1．定义：某种燃料____________时放出的热量与燃料质量（或体积）之比，叫做这种燃料的热值，用符号 表示。 2．单位：固体、液体燃料：（焦每千克）；气体燃料：（焦每立方米）。 3．物理意义：热值在数值上等于 1kg（或 ）的某种燃料完全燃烧时放出的热量。例：干木柴热值 ，表示______________________________。 4．计算公式 （1）固体、液体燃料：（ 为燃料质量，单位 kg） （2）气体燃料：（ 为燃料体积，单位 ） 5．热值的特性 热值是燃料本身的一种______，只与燃料的______有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧、放出热量多少均______。 四、热效率与能源利用（应用考点） 1．热效率：被有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的总热量的比值。 常见设备效率：家用煤炉约 15%，普通燃煤锅炉约 30%，现代大型锅炉可达 90% 左右。 2．热量损失的原因：燃料不能完全燃烧；热量向周围空气散失；容器、炉具自身吸收部分热量；废气带走大量热量。 3．提高燃料利用率的措施：改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧；减少热量散失，加装保温材料；改进设备结构，回收利用废气余热。 易错警示： （1）“完全燃烧”是热值的前提条件，实际燃烧中燃料往往不能完全燃烧，实际放热小于理论计算值。 （2）燃料用掉一半后，剩余燃料的热值不变（热值是物质特性，与质量无关）。 第3节 物质的比热容 一、探究物质的吸热能力（重点实验考点・中考高频） 1．实验目的：比较不同物质（水和砂石）的吸热能力。 2．实验方法：控制变量法、转换法 （1）控制变量：取____________的水和砂石，用____________加热； （2）转换法：用__________________表示物质吸收热量的多少。 3．实验操作要点：两个烧杯规格______；适时搅拌，使物质____________；记录相同加热时间内升高的温度，或记录升高相同温度所需的加热时间。 4．实验现象与结论 （1）现象：加热相同时间（吸收相同热量），砂石温度升高得更______；升高相同温度，水需要的加热时间更______。 （2）结论：质量相等的不同物质，升高相同温度时，吸收的热量____________；不同物质的____________不同。 5．实验评估与改进 （1）搅拌的作用：__________________________________________； （2）相同热源的作用：______________________________________________________； （3）误差来源：__________________________________________。 二、比热容的概念（高频辨析考点） 1．定义：比热容在数值上等于 1kg 的某种物质，温度升高（或降低） 所吸收（或放出）的热量，用符号 表示。 2．单位：，读作“焦每千克摄氏度”。 3．定义式：（ 为温度变化量） 4．比热容的特性 比热容是物质的一种____________，只与物质的____________有关，与物质的质量、温度变化量、吸收或放出热量的多少均______。 公式 是计算式，不是决定式，不能说“比热容与热量成正比，与质量和温度变化成反比”。 5．常见物质的比热容（必须记忆） （1）水的比热容：，是常见物质中比热容较大的； （2）砂石比热容约 ，约为水的 1/4。 三、热量的计算（核心计算考点・中考必考） 1．吸热公式： ；：初温；：末温；：升高的温度（也可用 表示）。 2．放热公式：；：降低的温度（也可用 表示）。 3．统一形式：（ 为温度变化量，取正值）。 4．计算注意事项 （1）区分“升高到”和“升高了”：“升高到 ”是末温，“升高了 ”是温度变化量； （2）单位统一：质量用kg，温度用℃，热量用J； （3）无热量损失时，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量（热平衡方程：）。 四、比热容的应用（现象解释考点） 1．气候现象解释 沿海地区水多，水的______大，吸收或放出相同热量时温度变化______，因此昼夜温差______；沙漠地区砂石比热容______，吸放热时温度变化______，因此昼夜温差______（对应“早穿棉袄午披纱，围着火炉吃西瓜”）。 2．生活应用 （1）取暖介质：水暖暖气片用______做介质，因为水降温时能放出大量热量； （2）冷却剂：汽车发动机用水做冷却液，因为水升高相同温度能吸收更多热量，冷却效果好； （3）调节气温：城市修建人工湖、增加绿化，利用水的______大来缓解热岛效应。 易错警示： （1）比热容大的物质，吸热能力强，但升温慢；比热容小的物质，吸热能力弱，但升温快。 （2）同种物质状态改变，比热容会改变（如冰和水是同种物质，但比热容不同，冰的比热容为 ）。 第4节 热机与社会发展 一、热机的原理与能量转化（基础考点） 1．定义：将燃料的______能转化为______能，再通过做功将______能转化为______能的机器。 2．能量转化流程： 3．常见类型：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机等。 二、汽油机的工作过程（高频考点・必考） 1．基本构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。 2．冲程概念：活塞从气缸一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。 3．四个工作冲程对比（一个工作循环） 冲程 气门状态 活塞运动方向 能量转化 核心特点 吸气冲程 进气门打开，排气门关闭 向下运动 无能量转化 吸入汽油和空气的混合物 压缩冲程 进气门、排气门均关闭 向上运动 ______能→______能 压缩混合气，内能增加，温度升高 做功冲程 进气门、排气门均关闭 向下运动 ______能→______能 火花塞点火，燃气推动活塞做功，唯一对外做功的冲程 排气冲程 排气门打开，进气门关闭 向上运动 无能量转化 排出气缸内的废气 4．工作循环规律 一个完整的工作循环，包含______个冲程，活塞往复运动______次，曲轴（飞轮）转动______周，对外做功______次。 吸气、压缩、排气三个辅助冲程，依靠______的惯性完成。 三、热机的效率（计算考点） 1．定义：热机工作时，用来做__________________与燃料完全燃烧放出的总能量之比，叫做热机的效率，用 表示。 2．公式：% 3．常见热机效率范围 蒸汽机：6%~15%；汽油机：20%~30%；柴油机：30%~45%（效率高于汽油机）。 4．能量损失的主要途径：废气带走大部分能量；散热损耗；机械摩擦损耗；燃料未完全燃烧。 5．提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；减少热量散失，做好保温；减小机械摩擦，润滑保养；回收利用废气能量。 四、热机与环境（常识考点） 1．主要危害：废气含有一氧化碳、氮氧化物等有害物质，造成大气污染；高温废气加剧热岛效应；噪声污染。 2．治理措施：制定严格尾气排放标准，提升燃油品质；应用电控燃油喷射、涡轮增压、共轨等技术；研发推广混合动力汽车、电动汽车、太阳能汽车等新能源车型。 易错警示： （1）汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部是喷油嘴；汽油机是点燃式，柴油机是压燃式。 （2）一个工作循环只做功 1 次，其余三个冲程靠飞轮惯性完成，不要误认为每个冲程都做功。 （3）热机效率一定小于 100%，因为能量损失不可避免。 本章核心公式与物理量汇总 1．核心公式表 物理量 公式 适用条件 单位说明 物体吸放热 仅温度变化，无物态变化 Q：J；c：J/(kg·℃)；m：kg；t：℃ 燃料完全燃烧放热 （固或液体） （气体） 燃料完全燃烧 或 热效率 通用 无单位，用百分数表示 热机效率 热机 单位：J 2．必须记忆的物理常量 水的比热容： 易错点01 温度、热量、内能的概念混淆（状态量与过程量不分） 错因辨析：无法区分三个物理量的本质属性，常出现“物体温度越高，含有的热量越多”“内能大的物体温度一定高”等典型错误表述。 深度辨析： （1）温度是状态量，描述物体的冷热程度，对应某一时刻的状态，只能用“是多少、升高 或降低”表述，反映分子无规则运动的剧烈程度。 （2）热量是过程量，仅存在于热传递的过程中，对应一个能量变化的过程，只能说“吸收 或放出热量”，绝对不能表述为“物体含有、具有热量”。 （3）内能是状态量，是物体内部所有分子动能与分子势能的总和，对应某一状态，用“具有、增加或减少”表述。 三大典型误区： （1）误区：温度高的物体内能一定大。纠正：内能还与质量、状态有关，一杯 80℃的热水，内能远小于一大缸 20℃的温水。 （2）误区：物体内能增加，温度一定升高。纠正：晶体熔化、液体沸腾过程中，持续吸热、内能增加，但温度保持不变。 （3）误区：物体吸收热量，温度一定升高。纠正：吸热时内能一定增加，但温度不一定升高（同上，物态变化时温度不变）。 【对点训练】关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　　） A．物体的内能增加，一定从外界吸收了热量 B．热传递过程中是将温度从高温物体传递到低温物体 C．外界对物体做功时，物体的内能不一定增大 D．物体吸收热量，内能增加，温度一定升高 易错点02 做功与热传递改变内能的本质区分 错因：仅通过温度变化判断改变方式，忽略二者的能量本质差异，导致实例判断出错。 深度辨析： （1）做功的本质是能量的转化：内能与机械能（或其他形式能）之间发生形式上的转换，伴随宏观的机械运动、形变或压缩膨胀。 对物体做功，机械能转化为内能，物体内能增加；物体对外做功，内能转化为机械能，自身内能减少。 （2）热传递的本质是能量的转移：内能仅从高温物体转移到低温物体（或从物体高温部分转移到低温部分），能量的形式始终是内能，没有发生质变。 发生条件：物体间必须存在温度差；传递方向：内能自发地从高温物体传向低温物体。 快速判断技巧： （1）出现“摩擦、弯折、敲打、压缩、打气、钻木”等机械动作，一般为做功改变内能； （2）出现“加热、冰镇、晒太阳、捂热水袋、吹热风”等温度传递场景，一般为热传递改变内能。 【对点训练】关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是（　　） A．物体内能的改变，一定是通过做功实现的 B．物体内能的改变，一定是通过热传递实现的 C．不论发生什么，只要物体对外做功，它的内能一定减少 D．物体内能改变后，我们往往无法判断是通过哪种方式改变的 易错点03 比热容的属性理解误区 错因：机械套用公式 ，错误认为“比热容与吸收的热量成正比，与质量、温度变化成反比”。 深度辨析： （1）比热容是物质的固有属性，仅由物质的种类和状态决定，与物体的质量大小、温度高低、吸收或放出热量的多少均没有关系。 （2）公式 是比热容的定义式、计算式，而非决定式 —— 它只是提供了测量和计算比热容的方法，不代表各物理量之间存在比例关系。 （3）同种物质，状态发生改变时，比热容会发生变化。例如水和冰是同种物质，但水的比热容为 ，冰的比热容为 ，二者相差一倍。 【对点训练】（多选）在探究“物质的吸热能力与哪些因素有关”的实验中，用质量都为0.3kg的水和某液体进行对比实验（），作出的图像如图所示。水的比热容为，下列说法正确的是（　　） A．由图像可知，b液体是水 B．a、b两液体吸收相同的热量时，a升温快，a的吸热能力强 C．a液体更适合做汽车的冷却剂 D．a液体的比热容是 易错点04 热值的特性与“完全燃烧”前提易错点 错因：一是认为燃料质量越大、燃烧越旺，热值越大；二是忽略“完全燃烧”的理想前提，将实际放热直接等同于理论计算值。 深度辨析： （1）热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧、实际放出热量的多少均无关。例如一瓶汽油用掉一半，剩余汽油的热值保持不变。 （2）热值的定义建立在“完全燃烧”的理想前提下，公式 计算出的是理论最大放热量；实际生活中燃料往往不能充分燃烧，实际放出的热量一定小于理论计算值。 （3）燃料利用率低，不等于燃料的热值小。热值是燃料的固有属性，而利用率是设备的性能指标，二者完全是两个概念。 【对点训练】下列关于燃料的热值说法正确的是（     ） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多 C．一桶汽油用去三分之一，剩余汽油的热值不变 D．氢的热值为，则10kg的氢燃烧释放的热量为 易错点05“升高到”与“升高了”的计算概念混淆 错因：审题不细致，混淆“末温”与“温度变化量”，是热量计算中最常见的低级失分点。 深度辨析： （1）“升高到t”：指物体的末温为t，计算时温度变化量 （ 为初温）。 （2）“升高了Δt”：指物体的温度变化量为Δt，可直接代入热量公式计算。 同理，“降低到”对应末温，“降低了”对应温度变化量；“加热到”“升温至”均表示末温，“升温了”“提高了”均表示温度变化量。 典型示例：水温从 20℃升高到 50℃，温度变化量为30℃；水温升高了50℃，温度变化量为 50℃，二者计算结果差异极大。 【对点训练】火箭使用液态氢作为燃料是利用了液态氢热值大的特点。完全燃烧0.6kg的氢燃料，如果在一个标准大气压下，放出的热量有84%被体积为200L、温度为25℃的水吸收，则水温升高了__________℃。[已知，，] 易错点06 汽油机冲程判断与能量转化易混 错因：无法根据气门状态和活塞运动方向精准判断冲程，混淆压缩冲程与做功冲程的能量转化方向。 深度辨析： （1）冲程判断两步法（通用解题技巧） ①第一步 看气门：两气门全闭 → 压缩冲程或做功冲程；一开一闭 → 吸气冲程或排气冲程。 ②第二步 看活塞：活塞向上运动 → 压缩、排气冲程；活塞向下运动 → 吸气、做功冲程。 （2）能量转化精准区分 ①压缩冲程：活塞对气缸内气体做功，机械能转化为内能，气体内能增加、温度升高； ②做功冲程：高温高压燃气推动活塞对外做功，内能转化为机械能，气体内能减少、温度降低。 （3）惯性误区：一个工作循环中，只有做功冲程是主动对外做功的动力冲程；吸气、压缩、排气三个均为辅助冲程，完全依靠飞轮的惯性完成，切勿误认为压缩冲程也靠动力推动。。 【对点训练】汽车采用油压制动刹车从时速100公里到静止可能只需要几秒，消耗的动能最终被释放掉，造成了能源的浪费。为节约能源，现在的混合动力汽车采用再生制动器，它能把汽车刹车制动时消耗的动能部分转化为电能储存在蓄电池中，同时产生汽车所需的制动力，从而有效减少了汽车的燃油消耗和制动器摩擦片的磨损。 （1）汽车在行驶过程中，很多部位会发热，如：①发动机外壳发烫；②轮胎发热；③刹车片发热；④水箱中的水变热。其中主要属于通过做功改变内能的是______（填写序号）； （2）下列关于汽油机的说法中，正确的是________； A．汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气 B．汽油在发动机内燃烧越充分，其热值越大 C．汽油机的效率越高，所消耗的汽油热值越大 D．使汽油燃烧更充分，可以提高汽油机的效率 （3）该汽车的汽缸在某时刻的状态如图甲所示，此时为______冲程，其输出功率随转速变化如图乙所示，转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，当发动机的转速为时，该发动机在1 s内做功为_____J； （4）储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能的效率。某次测试储能效率中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能，画出随s变化的图像如图丙所示：则图中表示开启再生制动器的图线是_____（选填“①”或“②”）；依据图像计算本次测试的储能效率为_____%。 易错点07 热机效率与功率的概念辨析 错因：将“效率”和“功率”两个完全不同的物理量混为一谈，常出现“功率大的热机效率一定高”“效率高的热机做功更快”等错误结论。 深度辨析： 物理量 物理意义 核心定义 单位 决定因素 功率 描述做功的快慢 单位时间内所做的功 瓦特（W） 热机做功的快慢，与能量利用率无关 热机效率 描述能量的利用率 有用功与燃料完全燃烧总能量的比值 无单位（用百分数表示） 能量损失的多少，与做功快慢无关 核心结论：效率高的热机，功率不一定大；功率大的热机，效率也不一定高。二者是相互独立的物理量，没有必然联系。 【对点训练】下列说法中正确的是 （    ） A．热机的功率大，热机效率一定高 B．柴油机的压缩冲程是将内能转化为机械能 C．热机单位时间内消耗的燃料少，热机效率一定高 D．四冲程内燃机一个工作循环中只对外做一次功 易错点08 内能与机械能的本质区别 错因：混淆宏观机械能与微观内能，错误认为“物体运动越快，内能越大”“物体位置越高，内能越大”。 深度辨析： （1）机械能是宏观能量，与物体整体的机械运动、空间位置、形变有关，包括宏观动能和势能；物体静止在零势能面上时，机械能可以为零。 （2）内能是微观能量，与物体内部分子的无规则运动、分子间相互作用力有关；一切物体、在任何温度下都具有内能，内能不可能为零。 （3）物体的机械能大小与内能大小没有必然联系。例如：静止在地面上的 0℃冰块，机械能为零，但内能不为零；高速飞行的炽热飞机，同时具有机械能和内能，但二者互不决定。 【对点训练】在以下过程中，小孩、火箭箭体和子弹的内能是在增大还是在减小?机械能是在增大还是在减小？ （1）小孩在滑梯上匀速滑下的过程中，臀部与滑梯摩擦后温度升高。 （2）火箭在从地面向上发射的过程中，火箭外壳和大气摩擦后温度越来越高。 （3）子弹击中一块木板，子弹温度升高。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十二章 内能与热机 第1节 内能 一、内能的概念（基础必考点） 1．分子的能量 （1）运动的分子具有分子动能； （2）相互吸引或排斥的分子具有分子势能。 （3）研究方法：类比法（将分子能量与宏观物体的动能、势能类比）。 2．内能定义 物理学中，把物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫做物体的内能。 （1）符号：常用 表示内能总量，单位：焦耳（J）。 （2）一切物体，不论温度高低，都具有内能（0℃的冰也有内能）。 3．影响内能大小的因素 影响因素 规律 温度 同一物体，温度越高，分子无规则运动越剧烈，内能越大；温度越低，内能越小 质量 温度、状态、种类相同时，质量越大，分子总数越多，内能越大 物质种类 质量、温度相同的不同物质，内能一般不同 状态 同种物质、质量相同、温度相同时，气态内能＞液态＞固态 二、改变物体内能的两种方式（高频考点） 1．做功 （1）实质：内能与其他形式的能（主要是机械能）的相互转化。 （2）两种情况： ①对物体做功，物体内能增加（机械能转化为内能），如：搓手取暖、钻木取火、压缩空气使硝化棉燃烧、打气筒外壁发热、弯折铁丝发烫。 ②物体对外做功，自身内能减少（内能转化为机械能），如：水蒸气顶起壶盖、汽油机做功冲程。 2．热传递 （1）实质：内能的转移（内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分）。 （2）发生条件：物体间存在温度差。 （3）三种方式： ①传导：热通过直接接触传递，如金属勺放入热汤中烫手； ②对流：通过液体、气体的流动传递，如烧水时水的循环升温、暖气供暖； ③辐射：热不依靠介质直接向外传递，如太阳向地球传递热量、烤火取暖。 3．等效性 做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的。若只看到物体温度升高，无法判断是通过哪种方式改变的内能。 易错警示： （1）温度高的物体内能不一定大（内能还与质量、状态有关，如一杯热水的内能可能小于一大缸温水）。 （2）物体内能增加，温度不一定升高（如晶体熔化、液体沸腾时，吸热内能增加，但温度不变）。 （3）物体内能增加，不一定是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功。 第2节 热量与热值 一、热量的概念（基础考点） 1．定义：物体在热传递过程中内能改变的多少叫做热量，用符号 表示。 2．单位：焦耳（J），与内能单位一致。 3．规律：仅有热传递时，物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少。 4．注意：热量是过程量，只能说“吸收或放出热量”，不能说“物体含有或具有热量”。 5．物体吸放热的影响因素 实验证明：物体吸收或放出的热量，与物体的质量、温度变化量成正比，还与物质的种类有关。 二、探究水的吸热规律（期中期末实验考点） 1．实验方法：控制变量法、转换法 转换法：用加热时间的长短表示水吸收热量的多少（相同热源，加热时间越长，吸收热量越多）。 2．实验结论：质量一定的同种物质，吸收的热量与升高的温度成正比；升高相同温度时，同种物质吸收的热量与质量成正比。 三、燃料的热值（高频计算考点） 1．定义：某种燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量（或体积）之比，叫做这种燃料的热值，用符号 表示。 2．单位：固体、液体燃料：（焦每千克）；气体燃料：（焦每立方米）。 3．物理意义：热值在数值上等于 1kg（或 ）的某种燃料完全燃烧时放出的热量。例：干木柴热值 ，表示1kg 干木柴完全燃烧放出的热量为 。 4．计算公式 （1）固体、液体燃料：（ 为燃料质量，单位 kg） （2）气体燃料：（ 为燃料体积，单位 ） 5．热值的特性 热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧、放出热量多少均无关。 四、热效率与能源利用（应用考点） 1．热效率：被有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的总热量的比值。 常见设备效率：家用煤炉约 15%，普通燃煤锅炉约 30%，现代大型锅炉可达 90% 左右。 2．热量损失的原因：燃料不能完全燃烧；热量向周围空气散失；容器、炉具自身吸收部分热量；废气带走大量热量。 3．提高燃料利用率的措施：改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧；减少热量散失，加装保温材料；改进设备结构，回收利用废气余热。 易错警示： （1）“完全燃烧”是热值的前提条件，实际燃烧中燃料往往不能完全燃烧，实际放热小于理论计算值。 （2）燃料用掉一半后，剩余燃料的热值不变（热值是物质特性，与质量无关）。 第3节 物质的比热容 一、探究物质的吸热能力（重点实验考点・中考高频） 1．实验目的：比较不同物质（水和砂石）的吸热能力。 2．实验方法：控制变量法、转换法 （1）控制变量：取质量相同的水和砂石，用相同的热源加热； （2）转换法：用加热时间长短表示物质吸收热量的多少。 3．实验操作要点：两个烧杯规格相同；适时搅拌，使物质受热均匀；记录相同加热时间内升高的温度，或记录升高相同温度所需的加热时间。 4．实验现象与结论 （1）现象：加热相同时间（吸收相同热量），砂石温度升高得更快；升高相同温度，水需要的加热时间更长。 （2）结论：质量相等的不同物质，升高相同温度时，吸收的热量一般不同；不同物质的吸热能力不同。 5．实验评估与改进 （1）搅拌的作用：使物质受热均匀； （2）相同热源的作用：保证相同时间内两种物质吸收的热量相同； （3）误差来源：热量散失、搅拌不充分、物质受热不均。 二、比热容的概念（高频辨析考点） 1．定义：比热容在数值上等于 1kg 的某种物质，温度升高（或降低） 所吸收（或放出）的热量，用符号 表示。 2．单位：，读作“焦每千克摄氏度”。 3．定义式：（ 为温度变化量） 4．比热容的特性 比热容是物质的一种固有属性，只与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度变化量、吸收或放出热量的多少均无关。 公式 是计算式，不是决定式，不能说“比热容与热量成正比，与质量和温度变化成反比”。 5．常见物质的比热容（必须记忆） （1）水的比热容：，是常见物质中比热容较大的； （2）砂石比热容约 ，约为水的 1/4。 三、热量的计算（核心计算考点・中考必考） 1．吸热公式： ；：初温；：末温；：升高的温度（也可用 表示）。 2．放热公式：；：降低的温度（也可用 表示）。 3．统一形式：（ 为温度变化量，取正值）。 4．计算注意事项 （1）区分“升高到”和“升高了”：“升高到 ”是末温，“升高了 ”是温度变化量； （2）单位统一：质量用kg，温度用℃，热量用J； （3）无热量损失时，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量（热平衡方程：）。 四、比热容的应用（现象解释考点） 1．气候现象解释 沿海地区水多，水的比热容大，吸收或放出相同热量时温度变化小，因此昼夜温差小；沙漠地区砂石比热容小，吸放热时温度变化大，因此昼夜温差大（对应“早穿棉袄午披纱，围着火炉吃西瓜”）。 2．生活应用 （1）取暖介质：水暖暖气片用水做介质，因为水降温时能放出大量热量； （2）冷却剂：汽车发动机用水做冷却液，因为水升高相同温度能吸收更多热量，冷却效果好； （3）调节气温：城市修建人工湖、增加绿化，利用水的比热容大来缓解热岛效应。 易错警示： （1）比热容大的物质，吸热能力强，但升温慢；比热容小的物质，吸热能力弱，但升温快。 （2）同种物质状态改变，比热容会改变（如冰和水是同种物质，但比热容不同，冰的比热容为 ）。 第4节 热机与社会发展 一、热机的原理与能量转化（基础考点） 1．定义：将燃料的化学能转化为内能，再通过做功将内能转化为机械能的机器。 2．能量转化流程： 3．常见类型：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机等。 二、汽油机的工作过程（高频考点・必考） 1．基本构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。 2．冲程概念：活塞从气缸一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。 3．四个工作冲程对比（一个工作循环） 冲程 气门状态 活塞运动方向 能量转化 核心特点 吸气冲程 进气门打开，排气门关闭 向下运动 无能量转化 吸入汽油和空气的混合物 压缩冲程 进气门、排气门均关闭 向上运动 机械能→内能 压缩混合气，内能增加，温度升高 做功冲程 进气门、排气门均关闭 向下运动 内能→机械能 火花塞点火，燃气推动活塞做功，唯一对外做功的冲程 排气冲程 排气门打开，进气门关闭 向上运动 无能量转化 排出气缸内的废气 4．工作循环规律 一个完整的工作循环，包含4 个冲程，活塞往复运动2 次，曲轴（飞轮）转动2 周，对外做功1 次。 吸气、压缩、排气三个辅助冲程，依靠飞轮的惯性完成。 三、热机的效率（计算考点） 1．定义：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的总能量之比，叫做热机的效率，用 表示。 2．公式：% 3．常见热机效率范围 蒸汽机：6%~15%；汽油机：20%~30%；柴油机：30%~45%（效率高于汽油机）。 4．能量损失的主要途径：废气带走大部分能量；散热损耗；机械摩擦损耗；燃料未完全燃烧。 5．提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；减少热量散失，做好保温；减小机械摩擦，润滑保养；回收利用废气能量。 四、热机与环境（常识考点） 1．主要危害：废气含有一氧化碳、氮氧化物等有害物质，造成大气污染；高温废气加剧热岛效应；噪声污染。 2．治理措施：制定严格尾气排放标准，提升燃油品质；应用电控燃油喷射、涡轮增压、共轨等技术；研发推广混合动力汽车、电动汽车、太阳能汽车等新能源车型。 易错警示： （1）汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部是喷油嘴；汽油机是点燃式，柴油机是压燃式。 （2）一个工作循环只做功 1 次，其余三个冲程靠飞轮惯性完成，不要误认为每个冲程都做功。 （3）热机效率一定小于 100%，因为能量损失不可避免。 本章核心公式与物理量汇总 1．核心公式表 物理量 公式 适用条件 单位说明 物体吸放热 仅温度变化，无物态变化 Q：J；c：J/(kg·℃)；m：kg；t：℃ 燃料完全燃烧放热 （固或液体） （气体） 燃料完全燃烧 或 热效率 通用 无单位，用百分数表示 热机效率 热机 单位：J 2．必须记忆的物理常量 水的比热容： 易错点01 温度、热量、内能的概念混淆（状态量与过程量不分） 错因辨析：无法区分三个物理量的本质属性，常出现“物体温度越高，含有的热量越多”“内能大的物体温度一定高”等典型错误表述。 深度辨析： （1）温度是状态量，描述物体的冷热程度，对应某一时刻的状态，只能用“是多少、升高 或降低”表述，反映分子无规则运动的剧烈程度。 （2）热量是过程量，仅存在于热传递的过程中，对应一个能量变化的过程，只能说“吸收 或放出热量”，绝对不能表述为“物体含有、具有热量”。 （3）内能是状态量，是物体内部所有分子动能与分子势能的总和，对应某一状态，用“具有、增加或减少”表述。 三大典型误区： （1）误区：温度高的物体内能一定大。纠正：内能还与质量、状态有关，一杯 80℃的热水，内能远小于一大缸 20℃的温水。 （2）误区：物体内能增加，温度一定升高。纠正：晶体熔化、液体沸腾过程中，持续吸热、内能增加，但温度保持不变。 （3）误区：物体吸收热量，温度一定升高。纠正：吸热时内能一定增加，但温度不一定升高（同上，物态变化时温度不变）。 【对点训练】关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　　） A．物体的内能增加，一定从外界吸收了热量 B．热传递过程中是将温度从高温物体传递到低温物体 C．外界对物体做功时，物体的内能不一定增大 D．物体吸收热量，内能增加，温度一定升高 【答案】C 【解析】A．做功和热传递都可以改变物体的内能，物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量，也可能是外界对物体做功，或者两者兼有，故A错误； B．发生热传递时，热量总是从高温物体传递给低温物体，而不是传递“温度”，故B错误； C．外界对物体做功时，物体的内能可能增大，也可能不变（如同时对外放热），也可能减小（如同时对外放热且放热量大于做功量），故C正确； D．物体吸收热量，物体内能增大，温度不一定升高，如晶体熔化时，吸收热量，内能增大，但温度不变，故D错误。 故选C。 易错点02 做功与热传递改变内能的本质区分 错因：仅通过温度变化判断改变方式，忽略二者的能量本质差异，导致实例判断出错。 深度辨析： （1）做功的本质是能量的转化：内能与机械能（或其他形式能）之间发生形式上的转换，伴随宏观的机械运动、形变或压缩膨胀。 对物体做功，机械能转化为内能，物体内能增加；物体对外做功，内能转化为机械能，自身内能减少。 （2）热传递的本质是能量的转移：内能仅从高温物体转移到低温物体（或从物体高温部分转移到低温部分），能量的形式始终是内能，没有发生质变。 发生条件：物体间必须存在温度差；传递方向：内能自发地从高温物体传向低温物体。 快速判断技巧： （1）出现“摩擦、弯折、敲打、压缩、打气、钻木”等机械动作，一般为做功改变内能； （2）出现“加热、冰镇、晒太阳、捂热水袋、吹热风”等温度传递场景，一般为热传递改变内能。 【对点训练】关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是（　　） A．物体内能的改变，一定是通过做功实现的 B．物体内能的改变，一定是通过热传递实现的 C．不论发生什么，只要物体对外做功，它的内能一定减少 D．物体内能改变后，我们往往无法判断是通过哪种方式改变的 【答案】D 【解析】AB．内能的改变可以通过做功，也可以通过热传递实现，故AB错误； C．如果物体在对外做功的同时，还从外界吸收了热量，那么内能的变化取决于“做功”和“热传递”的综合效果，故C错误； D．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的。例如，一个物体温度升高，可能是吸收了热量，也可能是被摩擦做功，从结果上看，无法区分是哪种方式导致的，故D正确。 故选D。 易错点03 比热容的属性理解误区 错因：机械套用公式 ，错误认为“比热容与吸收的热量成正比，与质量、温度变化成反比”。 深度辨析： （1）比热容是物质的固有属性，仅由物质的种类和状态决定，与物体的质量大小、温度高低、吸收或放出热量的多少均没有关系。 （2）公式 是比热容的定义式、计算式，而非决定式 —— 它只是提供了测量和计算比热容的方法，不代表各物理量之间存在比例关系。 （3）同种物质，状态发生改变时，比热容会发生变化。例如水和冰是同种物质，但水的比热容为 ，冰的比热容为 ，二者相差一倍。 【对点训练】（多选）在探究“物质的吸热能力与哪些因素有关”的实验中，用质量都为0.3kg的水和某液体进行对比实验（），作出的图像如图所示。水的比热容为，下列说法正确的是（　　） A．由图像可知，b液体是水 B．a、b两液体吸收相同的热量时，a升温快，a的吸热能力强 C．a液体更适合做汽车的冷却剂 D．a液体的比热容是 【答案】AD 【解析】A．相同的加热装置，加热时间相等时，两种液体吸收的热量相等，由图示可以看出，a液体的温度升高的快，b液体温度升高慢，利用热量的计算公式可知，在质量相等、初温相同、吸热也相同的情况下，谁的温度升高得快，它的比热容小，所以b液体的比热容大。水的比热容较大，所以若a、b两种液体中，一种液体是水，则b是水，故A正确； B．利用热量的计算公式可知，在质量相等、初温相同、吸热也相同的情况下，a的温度升高得快，a的比热容小，a的吸热能力弱，故B错误； C．b液体比热容更大，质量相同的两液体，升高相同的温度，b吸收的热量多，冷却效果更好，b液体更适合做汽车的冷却剂，故C错误； D．由图可知∶液体和水的初温是20℃，吸热5分钟后a的升温是40℃，b液体的升温20℃，而水和液体的质量相同，初温相同，吸收的热量相同，根据公式可知 a液体的比热容是 故D正确； 故选AD。 易错点04 热值的特性与“完全燃烧”前提易错点 错因：一是认为燃料质量越大、燃烧越旺，热值越大；二是忽略“完全燃烧”的理想前提，将实际放热直接等同于理论计算值。 深度辨析： （1）热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧、实际放出热量的多少均无关。例如一瓶汽油用掉一半，剩余汽油的热值保持不变。 （2）热值的定义建立在“完全燃烧”的理想前提下，公式 计算出的是理论最大放热量；实际生活中燃料往往不能充分燃烧，实际放出的热量一定小于理论计算值。 （3）燃料利用率低，不等于燃料的热值小。热值是燃料的固有属性，而利用率是设备的性能指标，二者完全是两个概念。 【对点训练】下列关于燃料的热值说法正确的是（     ） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多 C．一桶汽油用去三分之一，剩余汽油的热值不变 D．氢的热值为，则10kg的氢燃烧释放的热量为 【答案】C 【解析】A． 热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关，与燃烧充分程度无关，故A错误； B． 燃料完全燃烧放热公式为，放出热量多少由热值和质量共同决定，未控制质量相同的情况下，热值大放热不一定多，故B错误； C． 热值与燃料质量无关，剩余汽油种类不变，热值不变，故C正确； D． 只有燃料完全燃烧时放热满足，选项未说明氢是完全燃烧，无法直接用热值计算得出释放热量为，故D错误。 故选C。 易错点05“升高到”与“升高了”的计算概念混淆 错因：审题不细致，混淆“末温”与“温度变化量”，是热量计算中最常见的低级失分点。 深度辨析： （1）“升高到t”：指物体的末温为t，计算时温度变化量 （ 为初温）。 （2）“升高了Δt”：指物体的温度变化量为Δt，可直接代入热量公式计算。 同理，“降低到”对应末温，“降低了”对应温度变化量；“加热到”“升温至”均表示末温，“升温了”“提高了”均表示温度变化量。 典型示例：水温从 20℃升高到 50℃，温度变化量为30℃；水温升高了50℃，温度变化量为 50℃，二者计算结果差异极大。 【对点训练】火箭使用液态氢作为燃料是利用了液态氢热值大的特点。完全燃烧0.6kg的氢燃料，如果在一个标准大气压下，放出的热量有84%被体积为200L、温度为25℃的水吸收，则水温升高了__________℃。[已知，，] 【答案】75 【解析】完全燃烧0.6kg的氢燃料放出的热量为 已知热量利用率为，因此水吸收的热量为 水的体积 水的质量为 根据吸热公式得，水升高的温度 1个标准大气压下水的沸点为，水沸腾后温度保持不变，原水温为，因此实际升高温度为 易错点06 汽油机冲程判断与能量转化易混 错因：无法根据气门状态和活塞运动方向精准判断冲程，混淆压缩冲程与做功冲程的能量转化方向。 深度辨析： （1）冲程判断两步法（通用解题技巧） ①第一步 看气门：两气门全闭 → 压缩冲程或做功冲程；一开一闭 → 吸气冲程或排气冲程。 ②第二步 看活塞：活塞向上运动 → 压缩、排气冲程；活塞向下运动 → 吸气、做功冲程。 （2）能量转化精准区分 ①压缩冲程：活塞对气缸内气体做功，机械能转化为内能，气体内能增加、温度升高； ②做功冲程：高温高压燃气推动活塞对外做功，内能转化为机械能，气体内能减少、温度降低。 （3）惯性误区：一个工作循环中，只有做功冲程是主动对外做功的动力冲程；吸气、压缩、排气三个均为辅助冲程，完全依靠飞轮的惯性完成，切勿误认为压缩冲程也靠动力推动。。 【对点训练】汽车采用油压制动刹车从时速100公里到静止可能只需要几秒，消耗的动能最终被释放掉，造成了能源的浪费。为节约能源，现在的混合动力汽车采用再生制动器，它能把汽车刹车制动时消耗的动能部分转化为电能储存在蓄电池中，同时产生汽车所需的制动力，从而有效减少了汽车的燃油消耗和制动器摩擦片的磨损。 （1）汽车在行驶过程中，很多部位会发热，如：①发动机外壳发烫；②轮胎发热；③刹车片发热；④水箱中的水变热。其中主要属于通过做功改变内能的是______（填写序号）； （2）下列关于汽油机的说法中，正确的是________； A．汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气 B．汽油在发动机内燃烧越充分，其热值越大 C．汽油机的效率越高，所消耗的汽油热值越大 D．使汽油燃烧更充分，可以提高汽油机的效率 （3）该汽车的汽缸在某时刻的状态如图甲所示，此时为______冲程，其输出功率随转速变化如图乙所示，转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，当发动机的转速为时，该发动机在1 s内做功为_____J； （4）储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能的效率。某次测试储能效率中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能，画出随s变化的图像如图丙所示：则图中表示开启再生制动器的图线是_____（选填“①”或“②”）；依据图像计算本次测试的储能效率为_____%。 【答案】（1）②③；（2）D；（3）压缩 ；（4）② 40 【解析】（1）①发动机外壳发烫是因为发动机内部放出的热量传递给外壳，外壳内能增大，温度升高，属于热传递改变物体的内能； ②轮胎发热，是因为轮胎克服摩擦做功，轮胎内能增大，温度升高，属于做功改变物体的内能； ③刹车片发热，是因为刹车片克服摩擦做功，刹车片内能增大，温度升高，属于做功改变物体的内能； ④水箱中的水变热，是发动机放出的热量传递给水，水的内能增大，温度升高，属于热传递改变物体的内能。 综上所述，通过做功改变内能的是②③。 （2）A．汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气和汽油的混合物，故A错误； BC．热值是燃料的一种特性，与燃烧是否充分、热机效率高低等无关，故BC错误； D．使汽油燃烧更充分，可以提高燃料的利用率，从而提高热机效率，故D正确。 故选D。 （3）[1]如图所示，两个气门均关闭，活塞向上运动，压缩缸内气体，为压缩冲程。 [2]如图乙所示，可设发动机功率P与转速n的关系为 当转速为时，功率为30kw，所以有① 当转速为时，功率为140kw，所以有② ①②联立解得，，所以发动机功率P与转速n的关系为 所以当转速为时，发动机功率 所以该发动机在1 s内做功 （4）[1]关闭再生制动器，汽车克服摩擦做功，动能全部转化为内能；开启再生制动器，动能除了转化为内能，有部分动能转化为电能，克服摩擦做功的能量减少，摩擦力大小不变，所以汽车运动的距离减小，所以表示开启再生制动器的是曲线②。 [2]由图像可知，正常行驶的情况时关闭发动机后，汽车行驶了 开启再生制动器行驶的距离 因此动能转化为内能的效率为 所以储能效率 易错点07 热机效率与功率的概念辨析 错因：将“效率”和“功率”两个完全不同的物理量混为一谈，常出现“功率大的热机效率一定高”“效率高的热机做功更快”等错误结论。 深度辨析： 物理量 物理意义 核心定义 单位 决定因素 功率 描述做功的快慢 单位时间内所做的功 瓦特（W） 热机做功的快慢，与能量利用率无关 热机效率 描述能量的利用率 有用功与燃料完全燃烧总能量的比值 无单位（用百分数表示） 能量损失的多少，与做功快慢无关 核心结论：效率高的热机，功率不一定大；功率大的热机，效率也不一定高。二者是相互独立的物理量，没有必然联系。 【对点训练】下列说法中正确的是 （    ） A．热机的功率大，热机效率一定高 B．柴油机的压缩冲程是将内能转化为机械能 C．热机单位时间内消耗的燃料少，热机效率一定高 D．四冲程内燃机一个工作循环中只对外做一次功 【答案】D 【解析】A．功率大表示做功快，但不一定效率高，例如，一辆车发动机功率大，但油耗也高，效率可能不高，故A错误； B．在压缩冲程中，活塞向上运动，压缩空气，对气体做功，使机械能转化为气体的内能，其内能增大，温度升高，故B错误； C．单位时间耗油少，说明功率可能小，但不等于效率高，效率看的是“用了多少燃料，做了多少有用功”，故C错误； D．四冲程内燃机的一个完整工作循环包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程（唯一对外做功的冲程）、排气冲程，每完成一个循环，曲轴转两圈，对外做一次功，故D正确。 故选 D。 易错点08 内能与机械能的本质区别 错因：混淆宏观机械能与微观内能，错误认为“物体运动越快，内能越大”“物体位置越高，内能越大”。 深度辨析： （1）机械能是宏观能量，与物体整体的机械运动、空间位置、形变有关，包括宏观动能和势能；物体静止在零势能面上时，机械能可以为零。 （2）内能是微观能量，与物体内部分子的无规则运动、分子间相互作用力有关；一切物体、在任何温度下都具有内能，内能不可能为零。 （3）物体的机械能大小与内能大小没有必然联系。例如：静止在地面上的 0℃冰块，机械能为零，但内能不为零；高速飞行的炽热飞机，同时具有机械能和内能，但二者互不决定。 【对点训练】在以下过程中，小孩、火箭箭体和子弹的内能是在增大还是在减小?机械能是在增大还是在减小？ （1）小孩在滑梯上匀速滑下的过程中，臀部与滑梯摩擦后温度升高。 （2）火箭在从地面向上发射的过程中，火箭外壳和大气摩擦后温度越来越高。 （3）子弹击中一块木板，子弹温度升高。 【答案】（1）小孩的机械能减小，内能增大 （2）火箭内能增大，机械能增大 （3）子弹机械能减小，内能增大 【解析】（1）小孩在滑梯上匀速滑下的过程中，动能不变，重力势能减小，臀部与滑梯摩擦，内能增大，将重力势能转化为内能，动能和重力势能统称为机械能，故小孩的机械能减小，内能增大。 （2）火箭从地面向上发射过程中，火箭外壳和大气摩擦后温度越来越高，其内能增大；火箭上升的过程中，速度增大，高度增大，所以动能和重力势能都变大，机械能增大。 （3）飞行的子弹，击中一块木板后，克服摩擦做功，动能减小，内能增大，一部分机械能转化为内能，故子弹的机械能减小，内能增大。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $